Microbiologia

HIV

Storia: la scoperta risale al 1984. L’inizio della pandemia è nel 1981 sulle coste occidentali degli

Stati Uniti. Alcuni soggetti muoiono a seguito di una patologia che porta a una deficienza del

sistema immunitario. La sintomatologia che caratterizza la patologia è varia e non si trovano due 59

soggetti con gli stessi sintomi. Muoiono per polmoniti, TBC, infezioni del SNC, infezioni

batteriche, fungine…

L’unica cosa che accomuna i soggetti è un’iniziale linfadenopatia.

Queste sindromi colpiscono dei cluster ben precisi di popolazioni con le stesse consuetudini:

- Tossicodipendenti che usano droga intravena

- Omosessuali

- Emofiliaci

Quando una patologia clusterizza si pensa al contagio. 2 laboratori isolano il virus da campioni

ematici e mostra le stesse caratteristiche morfologiche degli HTLV → Robert Gallo lo chiama

HTLV-III.

A Parigi invece Montaigner (premio Nobel 2008) scopre che il virus può crescere solo sui linfociti

T CD-4 e chiama il virus “virus associato a linfadenopatia”. Si scopre che sono lo stesso virus, un

comitato mondiale lo studia e alla fine decidono di chiamarlo HIV.

Ipotesi del salto di specie: HIV è l’esito di un trasferimento di un virus animale all’uomo. Si pensa

che il virus animale coinvolto fosse il virus dell’immunodeficienza della scimmia (SIV), che

presenta tutte le caratteristiche morfologiche, strutturali e patogenetiche che si ritrovano nell’HIV.

Questi salti di specie solitamente avvengono in popolazioni a stretto contato con gli animali → in

Africa, in popolazioni che cacciano gli scimpanzé e le scimmie per questioni alimentari.

Questo salto di specie avviene intorno al 1920/1930 perché c’erano soggetti sieropositivi per HIV

già negli anni ’30.

Nel nostro emisfero però è comparso più tardi → nei primi 50 anni infettava e uccideva gli africani

ma questo non destava preoccupazioni.

⇒

Negli anni 80 c’è il boom economico la gente viaggia molto di più, forte urbanizzazione.

⇒

Aumentano i viaggi e quindi la popolazione si muove nuovi agenti virologici.

Paziente 0 → steward omosessuale di un aereo che viaggiava dall’Africa.

La prima epidemia conosciuta è quella del 1980.

HIV-1 fu scoperto nel 1984, pochi anni dopo si scoprì HIV-2: sono 2 tipi diversi dello stesso virus.

Il responsabile della pandemia tuttora in atto è HIV-1.

Non mostrano differenze, se non che HIV-2 è più lento nella manifestazione sintomatica e la sua

diffusione si limita all’Africa Occidentale.

HIV-1 è un virus ad altissimo rate di mutazione. A livello molecolare, le mutazioni di HIV sono

dovute:

- All’azione della retrotrascrittasi, una polimerasi a bassissima fedeltà che non è in grado di

correggere i propri errori e quindi introduce 1-4 mutazioni per ogni ciclo replicativo.

- Alla ricombinazione, perché i genomi di 2 HIV di sottotipi diversi possono ricombinare tra loro.

I sottotipi sono definiti clades e clusterizzano in aree geografiche specifiche.

Dal punto di vista patogenetico non sono associati a una diversa sintomatologia del virus; forse

possono essere interessanti per la farmacoresistenza o per la diagnostica molecolare. 60

Struttura

Envelope

• 2 glicoproteine di superficie:

•

- Più esterna, di superficie: gp120

- La GP 120 è strettamente legata ala gp41,

transmembrana

Proteina della matrice p17

• Capside: ripetizione di un’unica proteina, la

• proteina capsidica p24.

All’interno del capside 2 molecole di ssRNA

• (+), ciascuna associata al complesso della

retrotrascrittasi (o complesso polimerasico):

- Retrotrascrittasi p66

- Proteasi p9

- Integrasi p32

- Alcune copie di tRNA specifico per la lisina indispensabile per l’inizio della replicazione del

virus

Ciascun complesso polimerasico presenta più copie di ciascuna proteina.

env: gp120 - gp41

• gag: matrice e p24

• pol: complesso della polimerasi

•

I numeri delle proteine corrispondono al peso molecolare in kDa.

Genoma di HIV

Ciascuna molecola è lunga 9200-1000 bp. Il genoma è RNA e sembra essere un mRNA, è

poliadenilato al 3’ e ha un Cap al 5’. Oltre alle sequenze gag pol ed env presenta sequenze non

codificanti sia al 5’ sia al 3’, diverse tra loro.

# R region: corta sequenza ripetuta alle due estremità del genoma (ridondanza terminale)

• U5: regione non codificante, unica, di 75-250 nt. È la prima parte del genoma ad essere trascritta,

• formando l'estremità 3’ del genoma provirale.

PBS: Primer Binding site. Corta sequenza di 18 nt complementari all'estremità 3’ dello specifico

• tRNA primer necessario all’inizio della trascrizione inversa.

Leader: regione relativamente lunga non tradotta a valle del sito d’inizio della trascrizione,

• presente all'estremità 5’ di tutti gli mRNA virali

PPT: (tratto ricco in purine) corta sequenza di 10 residui A/G responsabile dell'inizio della sintesi

• del filamento + durante la trascrizione inversa.

U3: regione non codificante, unica, di 200-1200 nt. Forma l'estremità 5’ del genoma provirale.

• Contiene gli elementi promoter. 61

Ciclo replicativo

Inizia con il riconoscimento virus-recettore specifico

ad alta affinità della molecola CD4, presente in

abbondanza sulla superficie dei linfociti T CD4+, per

cui HIV ha un tropismo specifico. In quantità

inferiore è presente anche su macrofagi, monociti,

⇒

cellule dendritiche e cellule gliali HIV ha un

tropismo anche per queste cellule.

Le prime cellule ad essere infettate sono macrofagi,

monociti e cellule dendritiche.

La presenza di CD4 per il legame con HIV è

⇒

necessario ma non sufficiente. è indispensabile

che il virus leghi anche un co-recettore cellulare.

Normalmente sono recettori per le chemochine:

CXCR4: quasi unicamente sui linfociti T CD4

• CCR5: altri tipi cellulari elencati

•

I soggetti che hanno una delezione per il gene CCR5 non possono infettarsi con HIV.

⇒

La proteina che lega CD4 è gp120

modificazione conformazionale alla gp120 che

permette il secondo legame tra gp120 e il co-

recettore. Il doppio legame modifica

ulteriormente la conformazione della gp120, che

si apre e lascia libera la gp41 (proteina

fusogena).

La funzione della gp41 è quella di favorire la fusione fra l’envelope e la membrana cellulare.

Il virus entra nella cellula e si sveste del capside.

Eventi citoplasmatici

A questo punto iniziano gli eventi citoplasmatici di replicazione, cioè la retrotrascrizione.

Avviene completamente nel citoplasma ad opera della retrotrascrittasi.

È il processo molecolare che, a partire da una molecola di RNA a singolo filamento, permette la

formazione di una formazione di una molecola di DNA a doppio filamento.

Ciascuna molecola di RNA del virus è trasformata in un dsDNA. Gli step intermedi sono mediati

dalla retrotrascrittasi.

Ad un certo punto della polimerizzazione c’è la copresenza dello stampo di RNA e del primo

filamento di DNA. La retrotrascrittasi agisce da RNAasi H e taglia tutto l’RNA ibridizzato al DNA

⇒ elimina l’RNA stampo.

L’ultima cosa che avviene è la polimerizzazione del secondo filamento di DNA a partire dal primo.

Proprietà della retrotrascrittasi: 62

1. DNA polimerasi - RNA dipendente

2. RNAasi H

3. DNA polimerasi - DNA dipendente

Tutto a partire dal legame iniziale tra il tRNA e la regione PBS.

Durante la retrotrascrizione le 5’ e 3’ si allungano e diventano identiche: tutte le sequenze

regolatorie al 3’ vengono duplicate al 5’ e viceversa. Ottengo un genoma più lungo di quello iniziale

e le estremità del genoma del DNA sono

identiche tra loro e sono definite LTR, che

mantengono l’attività regolatoria e sono

indispensabili per gli eventi nucleari.

Questo è il DNA provirale ed è diverso

dall’RNA genomico.

Eventi nucleari

Il DNA provirale viene trasportato nel nucleo

della cellula, dove va a integrarsi nel genoma dell’ospite.

Iniziano gli eventi nucleari della replicazione: l’integrasi taglia il genoma umano, inserisce il

genoma di HIV e fonde i due genomi. Avviene sempre nello stesso modo per quanto riguarda il

virus, ma in modo del tutto casuale per quanto riguarda l’uomo → può integrarsi in qualsiasi

sequenza del DNA, sia in tratti altamente attivi sia in tratti silenti.

A questo punto il genoma di HIV non è distinto da quello umano e ne subisce lo stesso destino. Se

si integra in un gene, viene trascritto con esso. Se si integra in un introne non viene replicato, né

trascritto, né tradotto. Il rapporto di infezione non è mai 1:1, quindi su migliaia di HIV che infettano

⇒

una cellula sicuramente alcune si integreranno nei siti attivi HIV viene sempre replicato e

tradotto.

Le polimerasi cellulari trascrivono il DNA di HIV in mRNA, si creano le proteine strutturali e

⇒

funzionali, un’altra polimerasi replica il genoma di HIV il virus si assembla nel citoplasma e

fuoriesce dalla cellula per budding.

La traduzione delle proteine di HIV è complicata: alcune sono poliproteine che vengono clivate/

maturate. La maturazione completa avviene in fase di budding ad opera della proteasi.

HIV è un retrovirus complesso: non ha solo le proteine di base ma anche altre 6 proteine accessorie

con funzioni prevalentemente regolatorie, che partecipano all’attivazione della replicazione,

attivano processi molecolari in modo tale da favorire HIV sulla cellula.

La principale di queste proteine è TAT (fattore transattivante), che aumenta a dismisura

l’attivazione della replicazione.

NEF: fattore che reprime la produzione di CD4 e MHC della cellula stessa, che quindi rimane

infetta ma non può essere eliminata dal sistema immunitario e non può andare in apoptosi. 63

Modalità di trasmissione

- Sessuale: può avvenire sia per rapporto omosessuale sia eterosessuale. È la forma più diffusa.

- Parenterale (contatto con sangue infetto)

- Verticale: può avvenire in tutte e 3 le modalità:

- Passaggio del virus dalla placenta

- Durante il parto, per contatto con fluidi biologici della madre

- Allattamento

Nei paese in via di sviluppo la via verticale è ancora molto importante, eliminabile invece nei paesi

sviluppati perché le mamme con trattamento antiretrovirale non hanno una replicazione sufficiente

al passaggio del virus nella placenta, il parto è fatto col cesareo e il latte &